JPH0240031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はセラミツク軸と金属軸との接合方法に
関し、例えばセラミツク製のターボチヤージヤや
ガスタービンロータ等のセラミツク軸と金属軸と
の接合法に関するものである。 （従来の技術） 従来セラミツク軸と金属軸を接合するにあたつ
ては、第２図に示すようにセラミツク軸１の接続
端をやゝ細くして金属軸２の接続端の管状部内に
焼嵌めするか、第３図に示すようにセラミツク軸
１の接続端を、金属軸２の接続端のやゝ大径に構
成された管状部内に焼嵌めするか、第４図に示す
ようにセラミツク軸１と金属軸２のつき合せ端面
にニツケル等のろう材層によりろう付け３する
か、第５図に示すようにセラミツク軸１の接続端
を金属軸２の接続端のやゝ大径にされた管状部内
に嵌め込むと同時に、セラミツク軸１のつき合せ
端面にニツケル等のろう材によりろう付け３した
構造のものが知られている。 （発明が解決しようとする問題点） 上記の従来技術において、セラミツク軸と金属
軸との接合部が高温にさらされたときに、焼嵌め
法によるものは金属軸２の管状部が他の部分より
薄肉であるので機械的強度の低下が著るしく、変
形を生ずるおそれがあることと、接合部が焼嵌め
温度に上昇することによつて金属軸端の外径方向
への膨張が著るしいために、セラミツク軸１が金
属軸２から脱離するおそれがあり、又接続端面を
ろう付けした構造のものはろうの酸化により接合
強度の低下が避けられないという問題があつた。 （問題点を解決する手段） 本発明は上記の問題点を解決するために種々検
討の結果なされたもので、セラミツク軸と金属軸
とのつき合せ端面を接合するとともに、この接合
部上に金属スリーブ又はセラミツクスリーブを嵌
挿して接続するようにした接合構造にして、軸と
スリーブの間では少なくも同材質の場合その接触
面が接合されているものである。 （作用） 上記の如く本発明では通常の接続の外にスリー
ブ接続を行なつているので接続部の強度が大で、
高温雰囲気に於てもスリーブの内部の接続部分の
酸化を防ぎ、接合強度を良好に保持することがで
きる。 （実施例） 以下本発明の実施例について説明する。 第１図１は金属スリーブを用いた例で、１はセ
ラミツク軸、２は金属軸、４ａは金属スリーブで
つき合せ端面がろう材等による接合部材５で接合
されるとともに金属軸２の表面と金属スリーブ４
ａの内面とはろう付け３されている。 なおセラミツク軸１と金属軸２とでは熱膨張係
数の差が大きいので、特願昭59−80658により明
らかにしたようにセラミツク材を焼結させた薄板
を単独に又は金属板と複合構造（緩衝板）にした
ものを介在させてろう接することにより高温高振
動下でも接合強度が強く、接合後の残留応力によ
つて接合部付近が割れるのを防ぐことができる。 実施例 １ 上記第１図−１の接合構造に於て、下表に示す
条件の試料を作成した。

【表】

【表】 比較例 １ 金属スリーブを用いない外は上記実施例と同一
にした試料を作成した。 次に上記の実施例１、比較例１の試料について
接合部をブンゼンバーナー（炎温度1000℃）にて
1Hr加熱したところ実施例１の試料は金属スリー
ブが内部の接合部の酸化を防止し接合部に異常は
見られなかつたが、比較例１の試料は接合部が酸
化してガサガサになつた。 第１図２は両端面にテーパー部を形成した金属
スリーブ４ｂを用いた場合を示し、第１図３はセ
ラミツク軸１の接続端を細い金属軸２の径と一致
するようにテーパー状に細くし、この接続部を包
むようにセラミツク軸１の太い部分と同じ外径の
金属スリーブ４ｃ（内部は接続部の形状に合致さ
せてある）を用いた場合を示し、第１図１と同一
部分には同一符号を付してある。 このような接続構造ではいづれもセラミツク軸
にかかる応力が第１図１の構造のものより少なく
なる効果がある。 第１図４〜第１図１０は本発明をターボチヤー
ジヤに応用した場合の実施例を示す。 即ちこの場合は内燃機関用のターボチヤージヤ
のセラミツク材料からなるタービンロータの軸状
突出部と、圧縮機側のブレードの金属軸とを接合
する部分の構造に関するものである。 第１図４〜第１図１０においてＲはセラミツク
タービンロータ、１ｒはそのセラミツク軸状突出
部、２ｂは圧縮機側のブレードの金属軸で両軸は
端面接合されるほか溝付金属スリーブ４ｄが用い
られている。６は溝付金属スリーブ４ｄのオイル
シーリング溝である。 又、３はろう付け、５は接合部材を示すことは
第１図１と同様である。 第１図４はセラミツク軸状突出部１ｒとブレー
ドの金属軸２ｂとが等しい径となつており両者の
つき合せ端面は接合部材５により接合されるとと
もに、溝付金属スリーブ４ｄがこの接合部の上に
嵌挿され、ブレードの金属軸２ｂの表面と、溝付
金属スリーブ４ｄの内面とはろう付け３されてい
る。 第１図５は、溝付金属スリーブ４ｄがセラミツ
ク軸状突出部１ｒの外部にのみ嵌挿され、ブレー
ドの金属軸２ｂの端面がセラミツク軸状突出部１
ｒと溝付金属スリーブ４ｄとの合計の端面とつき
合わされ、軸相互間では第１図４と同様に接合部
材５によりセラミツク−金属間接合がなされ、
又、スリーブと金属軸間ではろう付け３の如き金
属間接合がなされる。 第１図６は第１図４と殆んど同じであり異なる
ところは溝付金属スリーブ４ｄの内面とセラミツ
ク軸状突出部の表面もろう付け３されていること
である。このため加熱冷却の繰り返しにも極めて
安定な接合構造である。 第１図７は、前記第１図６に比べて溝付金属ス
リーブ４ｄの内面のうちブレードの金属軸２ｂの
表面と接する部分を除いて微細な空〓７を持たせ
るようにしてある点が異なる。これにより冷却時
金属スリーブの締付力がセラミツク側に及ばない
のでセラミツク割れを防止することができる。 第１図８はセラミツク軸状突出部１ｒのブレー
ドの金属軸２ｂとの接触面の中心軸上に断熱空気
層８を設け、且つろう材は緩衝板の上迄被覆され
ろう付けされているため第１図６と同様に加熱冷
却の繰り返しに対し極めて安定な接合構造をも
ち、又断熱層８のため、セラミツクより金属軸に
対して熱が流れ難くなつている。又第１図９はセ
ラミツク軸状突出部１ｒとブレードの金属軸２ｂ
との接合端部における接合部材の外周部におい
て、溝付金属スリーブ４ｄの内面に断熱空気層８
を設けた構造で、その他は第１図４と同様であ
る。 第１図１０はセラミツクタービンロータＲのセ
ラミツク軸状突出部１ｒの端面と圧縮機側のブレ
ードの金属軸２ｂの端面とをろう付け等の接合部
材５で接合した後、つき合せ部の周囲を削り落と
し９した後金属軸２ｂと溝付金属スリーブ４との
接触部３ｂを焼嵌めするか、又は形状記憶合金
（Ni：54〜56重量％、Ｃ：0.03重量％以下、Ti：
残部）製スリーブを図の金属スリーブ４として用
い嵌合したものである。嵌合方法は形状記憶合金
のA_f点以上で形状記憶処理させたのち、Ms点以
下で変形させ再びA_f点以上に加熱させる。なお
６はオイルシーリング溝である。 前者の構造のスリーブを用いて焼嵌めした場合
は両者の効果を奏し接続強度が大きい。前記に於
て断熱層のある場合は軸間での熱伝導が小さくな
り、セラミツク割れを少なくする効果がある。 本発明の実施例はこれに限られるものではない
が、金属軸と金属スリーブの間はろう付け、溶
接、焼き嵌め接合が適用されるが、セラミツク軸
と金層スリーブの間は、化学的に接合されず金属
スリーブが収縮した際の剪断応力によるセラミツ
ク割れを生じない。 又、実際の接続工程について考えるとセラミツ
ク軸と金属軸を接合した後に金属スリーブを接合
するか、セラミツク軸と金属軸の接合と同時に金
属スリーブを接合するか、金属軸と金属スリーブ
とを接合した後にセラミツク軸を接合する方法が
考えられる。スリーブのシールリング溝の加工は
接合前でも後でもよい。 又、更にセラミツク材質は窒化ケイ素、炭化ケ
イ素等の耐熱セラミツクスが好ましく、又、金属
軸材質は炭素鋼（JIS−S50C等）、合金鋼（JIS−
SCM435）、ステンレス鋼（JIS SUS630）、マル
エージング鋼、インコネル等の耐熱鋼、中空鋼
JIS SKC24、コバール、チタンが好ましい。又、
金属スリーブ材質には上記金属材料のほかタング
ステン、銀、ジルコニウム、モリブデン、銅等の
低膨張あるいは低ヤング率材料及び形状記憶合金
が好ましい。 次に第１図１１はセラミツクスリーブを用いた
例で、１はセラミツク軸、２は金属軸、１４はセ
ラミツクスリーブでつき合せ端面がろう材等によ
る接合部材５により接合され、スリーブ内面と各
軸の表面とはろう付け３されている。 このような構造ではセラミツクスリーブが軸の
接合部を蔽つているので、該部が直接高温に曝さ
れるのを防ぎ、かつ金属軸と、セラミツク軸との
間及びこれらの軸とセラミツクスリーブとの間が
ろう付けにより容易に接合される。 従つて接合部の強度はセラミツクスリーブのな
いものに比べ上がるとともに、セラミツク軸とセ
ラミツクスリーブの膨張係数はほとんど同じであ
るのでセラミツク軸に残る接合後の応力が少な
い。 セラミツク軸と金属軸との端面の接合手段は既
に述べた緩衝層を設ける形式のものが好ましい。 実施例 ２ 上記第１図１１の接合構造に於て、下表に示す
条件の試料を作成した。

【表】 ろう材：チタン、銀、銅の粉末（250メツシユ
未満、純度99％以上）を、それぞれ15重量％、60
重量％、25重量％の割合で混合し、それにバイン
ダーとしてブチルカルビドール適量、エチルセル
ロース５重量％を添加してアセトンを溶剤として
アルミナポツト中でアルミナ製球石を用いて１時
間湿式で混合してろう材を調整した。 接合すべき面に、上記のペースト状ろう材を厚
さ100μｍ以下に塗布し、所定の温度にてバイン
ダーを除去した後10^-6Torrの真空中でろう付け
した。 比較例 ２ セラミツクスリーブを用いない外は実施例２と
同様にて試料を作成した。 次に上記の実施例２、比較例２の試料について
接合部をブンゼンバーナー（炎温度1000℃）にて
1Hr加熱したところ実施例２の試料は異常は見ら
れなかつたが比較例２の試料は接合部が酸化して
ガサガサになつた。 （発明の効果） 本発明はセラミツク軸と金属軸との接合に当り
金属スリーブ又はセラミツクスリーブを用いてい
るので内部の接合部が酸化されるのを防ぎ、接合
部の強度が大となり、特に金属スリーブは軽量で
取扱いし易く、ろう付け等接合手段が簡単で、接
合強度上にも有利である。又セラミツクスリーブ
もセラミツク軸に残る接合後の応力が少ない点で
有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図１〜１１は本発明による接合構造の実施
例を示す一部縦断面図、第２図〜第５図は従来の
接合構造の実施例を示す一部縦断面図である。 １：セラミツク軸、２：金属軸、３：ろう付
け、４，４ａ，４ｂ，４ｃ：金属スリーブ、５：
接合部材、Ｒ：セラミツクタービンロータ、１
ｒ：セラミツク軸状突出部、２ｂ：ブレードの金
属軸、４ｄ：溝付金属スリーブ、６：オイルシー
リング溝、７：微細な空〓、８：断熱空気層、１
４：セラミツクスリーブ、３ｂ：接触部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク軸と金属軸のつき合せ端面が接合
   されてなる軸間接合部の上に、金属又はセラミツ
   クスリーブが嵌挿され、かつ軸とスリーブ間では
   少なくも同じ材質同志の接触面が接合されている
   ことを特徴とするセラミツク軸と金属軸の接合構
   造。 ２ セラミツク軸と金属軸のつき合せ端面が接合
   されてなる軸間接合部の上に、金属スリーブが嵌
   挿され、セラミツク軸に対しては金属スリーブの
   圧接により、又、金属軸に対しては金属スリーブ
   のろう付け、溶接、焼嵌めもしくは圧接により接
   合されている特許請求の範囲第１項記載のセラミ
   ツク軸と金属軸の接合構造。 ３ セラミツク軸と金属軸つき合せ端面が接合さ
   れてなる軸間接合部の上に、セラミツクスリーブ
   が嵌挿され、セラミツク軸表面とセラミツクスリ
   ーブ内面及び金属軸表面とセラミツクスリーブ内
   面とがそれぞれろう付けにより接合されている特
   許請求の範囲第１項記載のセラミツク軸と金属軸
   の接合構造。